ه‍.ش. ۱۳۹۱ شهریور ۹, پنجشنبه

ذره الهی (بوزون هیگز)

از: دانش‌نامه‌ی آريانا


فهرست مندرجات

[مفاهیم بنیادین فیزیک][ذرات بنیادی]


بوزون هیگز (به انگلیسی: Higgs boson) یا سازوکار BEH معروف به ذرّهٔ خدا یا ذرّهٔ الهی[۱] (به انگلیسی: God Particle)، یک ذره بنیادی اولیه فرضی دارای جرم است که وجود آن توسط مدل استاندارد فیزیک ذرات[٢] پیش‌بینی شده ‌است.

مشاهده تجربی این ذره ممکن است بتواند درباره چگونگی جرم‌دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم دیگر را توضیح دهد[٣]. به‌طور خاص، بوزون هیگز، احتمالاً می‌تواند دلایلی برای تفاوت‌های بین فوتون که بدون جرم است و بوزون‌های W و Z که نسبتاً پرجرم هستند، ارائه کند. جرم ذرات بنیادی، تفاوت‌های بین الکترومغناطیس (که توسط فوتون‌ها ایجاد می‌شود) و نیروی هسته‌ای ضعیف (که توسط بوزون‌های W و Z ایجاد می‌شود) در ساختار میکروسکوپیک (و به‌طبع ماکروسکوپیک) ماده مؤثر هستند؛ بنابراین، بوزون هیگز یک مؤلفه بسیار مهم در دنیای ماده ‌است[۴].


[] تاریخچه

سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای (سرن، به انگلیسی: CERN)[۵] در ژنو، واقع در مرز سوئیس و فرانسه، در دهه ۱۹۵۰ میلادی تاسیس شد و در اوایل دهه ۱۹۸۰، طرح ساخت برخورددهنده هادرون را مطرح کرد تا برای این سئوال که چگونه ذرات بدون جرم می‌توانند دارای جرم شوند پاسخی بیابد.

این طرح سرانجام در سال ۱۹۹۶ با بودجه‌ای به مبلغ بیش از دو و نیم میلیارد فرانک سوئیس به تصویب رسید و برخورددهنده بزرگ هادرون سرانجام در اوایل سال ۲۰۰۸ تکمیل شد.

احتمال وجود ذره‌ی الهی (بوزون هیگز) اولين‌بار توسط پيتر هيگز، فيزيکدان بريتانيايی مطرح شد[٦]. هيگز که هم‌اکنون ۸۳ سال سن دارد از جمله شش نظريه‌پرداز حوزه فيزيک در دهه ۱۹۶۰ بود که وجود مکانيسمی را مطرح کردند که به‌واسطه آن، ماده دارای جرم شده است. تأکيد خود هيگز بيشتر بر اين بود که اگر ميدانی نامرئی مسئول اين فرآيند بوده باشد، از ذرات ساخته شده است[٧].

این نظریه وجود دارد که ذره هیگز اولین ذره‌ای است که پس از انفجار بزرگ (بیگ‌بنگ) به‌وجود آمد و زمینه‌ساز شکل‌گیری جهان کنونی شد.

بنابراین، یافتن هیگز می‌تواند یکی از بزرگ‌ترین دستاوردها و پیشرفت‌های علمی جهان در ۶۰ سال اخیر باشد. این ذره تاکنون در آزمایش‌های فیزیکی مشاهده نشده است و یافتن آن، برای آن‌که شناخت مناسبی از نحوه تشکیل جهان به‌دست آید، عاملی تعیین‌کننده و حیاتی به‌شمار می‌رود[٨].

دانشمندان معتقدند کشف این ذره، نقش اساسی در پی بردن به چگونگی تشکيل ستاره‌ها، سيارات و حيات دارد[۹] و می‌تواند به شناخت بهتری از مبدأ‌ پیدایش جهان ماده کمک کند[۱٠].

پژوهشگران، در مرکز تحقیقاتی سـرن در ژنو، برای یافتن هیگز، دو آزمایش عظیم را به‌طور جداگانه انجام داده‌اند. این دو آزمـایش، اطلس و سـی ‌ام ‌اس نامیـده شـده‌اند[۱۱].

سازمان اروپایی پژوهش هسته‌ای (سرن)، بامداد روز چهارشنبه ۱٠ سپتامبر ٢٠٠٨ میلادی، آزمایشی را به امید کشف بخشی از راز پیدایش کیهان آغاز کرد.

متخصصان آزمایشگاه سرن، پرتوهای پر انرژی پروتونی را با سرعتی نزدیک به‌سرعت حرکت نور به‌دستگاه برخورددهنده بزرگ هادرون (ال اچ سی)[۱٢]، بزرگترین دستگاه شتاب‌دهنده ذره‌ای، وارد کردند. صدها پژوهشگر از کشورهای مختلف در اجرای این آزمایش و بررسی نتایج به‌دست آمده از آن مشارکت داشتند.

این آزمایش با هدف به آزمون گذاشتن فرضیه مربوط به تبدیل ذرات بدون جرم به ماده دارای جرم در «الگوی استاندارد» در فیزیک ذرات به اجرا گذاشته شد، در حالی‌که این الگو در فرضیه مهبانگ (بیگ بنگ) در باره پدید آمدن کیهان مورد استفاده قرار می‌گیرد[۱٣].

براساس فرضیه تشکیل ماده، فوتون‌ها، که بسته‌های انرژی بدون جرم هستند، از طریق «مکانیسم هیگز» به ذرات بنیادی - موسوم به ذره الهی - تبدیل می‌شوند که عامل پدید آمدن ذات دارای جرم است[۱۴].

اگرچه پژوهشگران از آغاز آزمایش مربوط به شناخت نحوه تبدیل ذرات خبر دادند اما این آزمایش در آن زمان به نتیجه نرسید. زیرا، نخستین پرتو پروتون در دهم سپتامبر ۲۰۰۸ طول تونل «برخورددهنده بزرگ هادرون» را طی کرد، ولی نه روز بعد به‌علت اختلال ایجاد شده، فعالیت طرح «برخورددهنده بزرگ هادرون» متوقف شد. با این حال، پس از یک وقفه ۱۴ ماهه، در تاریخ ۲۱ نوامبر ۲۰۰۹ میلادی، فعالیت این طرح، دوباره از سرگرفته شد[۱۵].

این‌بار، مهندسان سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای، سرن، موفق شدند دو پرتو پروتون را در جهت عکس یکدیگر در دستگاه برخورددهنده به حرکت درآورند.

محققان مرکز سرن، در این آزمایشگاه درباره وجود ذرات هیگز بوسون تحقیق می‌کنند. آنان بر این باورند این ذرات کوچک‌تر از اتم، در مواد وجود دارند ولی تاکنون نتوانسته‌اند وجود آن‌ها را ثابت کنند.

دانشمندان از روز ۱۹ مارس ۲۰۱۰، بار دیگر دو پرتو ذرات پروتون را در جهات مخالف در تونل‌های این آزمایشگاه به‌حرکت در آوردند و برخورددادن پرتوها از سه شنبه شروع شد[۱٦].

دمای حاصل از برخورد ذرات، در حدود ده تریلیون درجه سانتیگراد، یعنی یک میلیون‌بار داغ‌تر از هسته خورشید بود: گرمایی که در آن، حتی پروتون‌ها و نوترون‌ها، یعنی ذرات تشکیل‌دهنده هسته اتم هم ذوب شده و ترکیبی ژله مانند از کوارک‌ها و گلوان‌ها، یعنی بنیادی‌ترین ذرات سازنده ماده را به‌وجود می‌آورند؛ چیزی که پلاسمای کوارک - گلوان نامیده می‌شود[۱٧].

دانشمندان امیدوار بودند که این مطالعه باعث درک تازه‌ای از ماهیت کیهان و چگونگی پیدایش آن شود. اما آن‌ها گفتند که ارزیابی و تحلیل داده‌های جمع‌آوری‌شده از این آزمایش زمان خواهد برد و افکار عمومی نباید انتظار نتایج زودهنگام را داشته باشند[۱٨].

روز چهارشنبه، ۱۴ تیر ۱۳۹۱ (۴ ژوئیه ٢٠۱٢)، سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای (سرن)، در سمیناری در مرکز این موسسه در ژنو، سوئیس، اعلام کرد که دو گروه از فیزیکدانان این مرکز در تحقیقات خود، وجود ذره بنیادی جدیدی را کشف کرده‌اند که خصوصیات آن به ذره بنیادی موسوم به «بوزون هیگز» شباهت دارد[۱۹].

مدیر مرکز سرن این یافته را «نقطه عطفی در شناخت بشر از ماهیت طبیعت» خواند و گفت: «کشف جدید راه را برای مطالعات تفصیلی بعدی بر مبنای یافته‌های آماری بیشتر و آگاهی از خصوصیات ذره جدید هموار می‌سازد که به‌نوبه خود می‌تواند به شناخت اسرار کائنات کمک کند»[٢٠].

البته آزمایش انجام‌شده در مرکز تحقیقات سرن، به این معنا نیست که بوزون هیگز واقعاً «مشاهده» یا احساس‌شده است، بلکه گزارش این مرکز در روز چهارشنبه حاکی از آن است که تجهیزات موجود در این مرکز، آثار وجود آن را ثبت کرده‌اند.

کشف آثاری از وجود بوزون هیگز به‌معنای تکمیل شناخت تجربی الگوی استاندارد در کلیت آن و اثبات این نظر است که ذرات بنیادی بسیط و بدون جرم از طریق «مکانیسم هیگز» به ذراتی بسیط و دارای جرم تبدیل می‌شوند که مصالح ابتدایی ایجاد ماده را پدید می‌آورند.


[] کشف حلقه مفقوده

یکی از نتایج کشف تجربی بوزون هیگز، تقویت فرضیه موسوم به انفجار بزرگ یا «مهبانگ» در مورد پیدایش کائنات، تشکیل کهکشان‌ها و در نهایت، شکل‌گیری منظومه شمسی و کره زمین است.

بر اساس این فرضیه، انفجار بزرگ اولیه انرژی عظیمی را آزاد کرد که با کاهش دما به‌تدریج به ظهور «بسته‌های انرژی» و ذرات بسیط بدون جرم مانند فوتون‌ها منجر شد و این ذرات پس از تبدیل به ذرات دارای جرم، در نهایت جهان ماده را ایجاد کردند.

تا کنون، فرآیند تبدیل ذرات انرژی بدون جرم به ذرات بنیادی اولیه یا بوزون هیگز، همچنان به‌عنوان «حلقه مفقوده» در این فرضیه باقی بود و تحقیقات سال‌های اخیر در مرکز سرن در صدد بوده است تا نحوه این دگرگونی در ماهیت ذرات را از طریق آزمایش نشان دهد.

به‌دلیل مبهم بودن نحوه پدید آمدن بوزون هیگز، به آن نام «ذره الهی» داده شده بود تا نشان دهد که بشر هنوز از تبیین علمی آن عاجز است و باید آن را بخشی از اسرار «آفرینش» بداند.

گزارش مرکز سرن در روز چهارشنبه، ۴ ژوئیه ۲۰۱۲ میلادی، حاکی از آن است که اطلاعاتی که از آزمایش‌های این مرکز به‌دست آمده وجود بوزون هیگز را «در حد قابل قبولی» نشان می‌دهد.

در عین حال، این مرکز تاکید کرده است که برای حصول اطمینان از صحت نتیجه اعلام شده، تحقیقات و مطالعات بیشتری صورت خواهد گرفت.

همزمان، گروهی از فیزیکدانان آمریکایی نیز گفتند که «قوی‌ترین شواهد» در مورد وجود «بوزون هیگز» را از یک رشته آمار گردآوری شده از تحقیقات شتاب‌دهنده قدیمی «توالرون» در آزمایشگاه ملی فرنی در نزدیکی شیکاگو به‌دست آورده‌اند و در انتظار نتیجه آزمایش‌های صورت گرفته در سرن هستند[٢۱].


[] نتایج آزمایش

  • هیگز در سال ۱۹٦۴ فرضیه‌ای را در مورد مکانیسم تبدیل ذرات بنیادی فاقد جرم به ذرات بنیادی دارای جرم مطرح کرد که به حوزه هیگز معروف شد.

  • براساس این فرضیه، ذرات بدون جرم با ورود به این حوزه، که در سراسر کائنات گسترده است، جرم به‌خود می‌گیرند و مصالح اولیه تشکیل ماده را ایجاد می‌کنند.

  • بوزون هیگز که وجود آن در الگوی استاندارد فیزیک فرض شده، حد فاصل بین ذرات بنیادی بسیط بدون جرم و ذرات بنیادی بسیط دارای جرم است که تشکیل ماده را امکان‌پذیر می‌کنند.

  • نتیجه اعلام شده توسط مرکز سرن به‌معنی آن نیست که بوزون هیگز واقعاً مشاهده یا احساس شده بلکه به این معنی است که نشانه‌هایی از وجود آن به‌دست آمده است.

  • بنابراین، بوزون هیگز تا کنون تنها از لحاظ نظری شناخته‌شده و از راه آزمایش تجربی کشف نشده بود.


[] يادداشت‌ها

يادداشت ۱: اين مقاله برای دانش‌نامه‌ی آريانا توسط مهدیزاده کابلی برشتۀ تحرير درآمده است.



[] پيوست‌ها

پيوست ۱: پل رينکون، تلاش‌ها برای اثبات يک نظريه کلان
پيوست ٢: آیا بشر به «ذره الهی» دست می‌یابد؟
پيوست ۳: بوزون هیگز، کلید رمز اسرار گیتی
پيوست ۴: فابیولا جیانوتی، اهمیت «ذره خدا» در چیست؟
پيوست ۵:
پيوست ۶:



[] پی‌نوشت‌ها

[۱]- پس از نوشته‌شدن کتابی به‌نام «ذره خدا: اگر پاسخ کائنات است، سؤال چیست؟» توسط «لیان لدرمن» (Leon Lederman) که در آن این ذره را «ذره خدا» نامید، اغلب در رسانه‌ها از بوزون هیگز به‌عنوان «ذره خدا» یا «ذره الهی» یاد می‌شود.
[٢]- رده‌بندی ذرات به‌صورت خاصی را که اکنون برای توصیف ذرات بنیادی به‌کار می‌رود، مدل استاندارد می‌گویند. بر اساس مدل استاندارد (ذرات بنیادی) ماده از ۶۱ ذره تشکیل شده که این ذرات در سه دسته قرار می‌گیرند: لپتون‌ها، کوارک‌ها و واسطه‌ها
[٣]- بوزون هیگز، از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
[۴]- همان‌جا
[۵]- سازمان اروپایی پژوهش هسته‌ای در سال ۱۹۵۴ توسط یازده کشور اروپایی برای تحقیقات پیرامون هسته اتم تشکیل شد؛ اما به‌زودی به پژوهش در جنبه‌های دیگر فیزیک هسته‌ای و ذرات بنیادی نیز گرایش یافت.
در سال‌های بعد، شمار دیگری از کشورهای جهان به‌عنوان عضو اصلی یا ناظر در این سازمان پذیرفته شدند؛ در حالی‌که کشورهای دیگری، در تحقیقات مختلف این سازمان مشارکت داشته و از نتایج تحقیقات آن برخوردار می‌شوند.
[٦]-
[٧]-
[٨]- 'ذره خدا' احتمالا در آزمایش‌های فیزیکی پدیدار شده است، دانش و فن، بخش فارسی بی بی سی: سه شنبه ۱٣ دسامبر ٢٠۱۱ - ٢٢ آذر ۱٣۹٠
[۹]-
[۱٠]-
[۱۱]-
[۱٢]- دستگاه ال اچ سی شامل تونلی مدور به‌طول بیست و هفت کیلومتر در عمق متوسط یکصد متری زیرزمین در مرز سوئیس و فرانسه است که بیش از هزار دستگاه مغناطیسی خم‌کننده در آن تعبیه شده است.
این خم‌کننده‌ها باعث تنظیم جهت حرکت پرتوهای پروتونی می‌شوند به‌نحوی که این پرتوها مسیر دایره شکل تونل را طی کنند.
پس از مرحله اول تابش پرتوها، پرتوهای دیگری نیز به داخل تونل تابیده می‌شوند و این دو پرتو در مکان‌های خاصی در طول تونل با یکدیگر تلاقی می‌کنند.
[۱٣]- آزمایش فرضیه پیدایش جهان آغاز شد، دانش و فن، بخش فارسی بی بی سی: چهارشنبه ۱٠ سپتامبر ٢٠٠٨ - ٢٠ شهریور ۱٣٨٧
[۱۴]- همان‌جا
[۱۵]- فعالیت «برخورددهنده بزرگ هادرون» از سر گرفته شد، دانش و فن، بخش فارسی بی بی سی: شنبه ٢۱ نوامبر ٢٠٠۹ - ٣٠ آبان ۱٣٨٨
[۱٦]- برخورد ذرات تشکیل‌دهنده اتم با انرژی فوق‌العاده در سرن، دانش و فن، بخش فارسی بی بی سی: سه شنبه ٣٠ مارس ٢٠۱٠ - ۱٠ فروردین ۱٣٨۹
[۱٧]- کامبیز کراماتی، بازسازی انفجار بزرگ در مقیاس کوچک، دانش و فن، بخش فارسی بی بی سی: سه شنبه ٠۹ نوامبر ٢٠۱٠ - ۱٨ آبان ۱٣٨۹
[۱٨]- برخورد ذرات تشکیل‌دهنده اتم با انرژی فوق‌العاده در سرن، پیشین
[۱۹]- فیزیکدانان به شواهدی از وجود «ذره الهی» دست یافتند، دانش و فن، بخش فارسی بی بی سی: چهارشنبه ٠۴ ژوئيه ٢٠۱٢ - ۱۴ تیر ۱۳۹۱
[٢٠]- همان‌جا
[٢۱]- همان‌جا



[] جُستارهای وابسته







[] سرچشمه‌ها








[] پيوند به بیرون

[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20]